Minggu 8 6. Filtrasi Filtrasi dapat dibedakan berdasar ukuran dari partikel yang dipisahkan ataupun tekanan yang digunakan. Gambar 6. 1 adalah pembagian jenis filtrasi berdasarkan tekanan yang digunakan. Gambar 6.1 Jenis-jenis proses filtrasi. 6.1. Reverse osmosis Reverse osmosis digunakan untuk memisahkan garam dan gula menggunakan tekanan yang sangat tinggi, sedangkan untraflitrasi dan microfiltrasi menggunakan tekanan yang lebih rendah. Gambar 6.2 menunjukkan beberapa jenis filtrasi berdasarkan ukuran molekul dan tekanan yang digunakan.
Gambar 6.2 Jenis filtrasi Prinsip dari reverse osmosis dapat dilihat pada gambar 6.3. Jika A dan dimasukkan cairan yang sama maka permukaan A dan B akan sama saat terjadi kesetimbangan. Jika konsentrasi A lebih tinggi dari B maka akan terjadi transfer air ke A sehingga permukaan A akan naik saat terjadi kesetimbangan. Jika A ditekan maka akan terjadi perpindahan air dari A ke B. Proses ini disebut reverse osmosis. Gambar 6.3 Prinsip reverse osmosis
Gambar 6.4 adalah contoh membran yang digunakan dalam reverse osmosis. Air akan berikatan dengan counter ion dari permukaan membran. Tekanan yang tinggi menyebabkan air tersebut akan keluar melalui pori membran. Gambar 6.4 Celluloacetate membrane Secara teori tekanan osmosis akan mengikuti persamaan van t Hoff: (6.1) c R T M : konsentrasi larutan : konstanta gas ideal : suhu : berat molekul Tekanan osmotic dapat juga dihitung dengan persamaan Gibb: (6.2) V m X A : molar volume pure liquid : mol fraksi pure liquid Adapun hubungan antara Flux (N) dan tekanan dapat ditulis sebagai berikut : N = K p (ΔP Δ ) (6.3)
N K p ΔP Δ : flux solvent permeation : koefisien permeabilitas dari membrane : perbedaan tekanan : perbedaan tekanan osmotic Matsuura et al menghitung N seperti persamaan 6.4 : N = K p (ΔP X c2 + X c3 ) (6.4) Koefisien permeabilitas membrane dapat dihitung : (6.5) N w A e : flux dari air : efektivitas luas permukaan membran Koefisien permeabilitas membran tergantung dari : a. Porositas membrane b. Distribusi dari pori membrane c. Ketebalan membrane d. Vikositas larutan Alternative persamaan 6.5 adalah sebagai berikut : (6.6) Performance dari membrane dapat dihitung berdasarkan aliran air : Atau berdasarkan aliran solute (6.7) (6.8) k w k s t : koefisien transfer massa air : koefisien transfer massa solute : waktu Adapun tekanan hidrolik : a. Berpengaruh terhadap kecepatan aliran air b. Tidak berpengaruh terhadap kecepatan aliran solute
Sedangkan retensi faktor dari proses dapat dihitung dengan persamaan : (6.9) c f c p : konsentrasi retentat : konsentrasi permeat Rejection faktor dapat dihitung sebagai berikut : (6.10) 6.2 Ultrafiltrasi Ultrasi filtrasi digunakan untuk memisahkan partikel yang lebih besar daripada reverse osmosis. Tekanan yang digunakan juga lebih rendah. Gambar 6.5 menunjukkan skematis proses ultrafiltrasi. Gambar 6.5 Proses ultrafiltrasi Pada proses ultrafiltrasi : a. porositas membran lebih besar dari membran untuk reverse osmosis b. digunakan untuk fraksionisasi c. memisahkan partikel yang mempunyai berat molekul tinggi d. tekanan hidroliknya lebih besar daripada reverse osmosis Flux rate atau kecepatan aliran permeat dapat dihitung sebagai berikut: N = KAΔP (6.11) K : koefisien permeabilitas membran
Pada proses ultrafiltrasi maka akan terjadi konsentrasi polarisasi (gambar 6.6). Partikel solute akan terakumulasi dipermukaan membran. Gambar 6.6 Polasisasi konsentrasi pada ultrafiltrasi Dari gambar 6.6 dapat dijabarkan bahwa kecepatan transport secara konveksi dari solute : N c c (6.12) Sedangkan flux dari solute ke larutan (back transport) adalah : D (6.13) Pada keadaan setimbang maka : (6.14)
Integrasi persamaan 6.14 akan didapatkan : (6.15) Jika tekanan tidak berpengaruh terhadap flux : (6.16) k m c w c b : koefisien transfer massa : konsentrasi solute pada permukaan membran : konsentrasi solute pada larutan Dimensionless analisis biasa digunakan untuk mempermudah perhitungan. Bilangan Sherwood dapat ditulis sebagai berikut : (6.17) Untuk aliran turbulen persamaan 6.17 menjadi : (6.18) Jenis ultrafiltrasi dapat dilihat pada gambar dibawah :